DE2624763C2

DE2624763C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung des scheinbaren spezifischen Widerstandes des Untergrundes

Info

Publication number: DE2624763C2
Application number: DE19762624763
Authority: DE
Inventors: Rudolf 7778 Markdorf Buchholz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-06-02
Filing date: 1976-06-02
Publication date: 1983-09-15
Also published as: DE2624763A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung des scheinbaren Widerstandes des Untergrundes, bei dem ein Gleichstrom mittels zweier Stromelektroden in den Boden eingeleitet und an zwei Meßsonden die Spannung gemessen wird.

Bei diesem in der Praxis weitverbreiteten, auch als »Vierpolmethode« bezeichneten Verfahren bestimmt sich der scheinbare spezifische Widerstand aus folgender Gleichung:

Darin sind gemäß Fig. 1 Iab der mit Hilfe der Stromelektroden AB in den Untergrund eingeleitete Strcm. Umn die an den Meßsonden abgegriffene Spannung und k der sogenannte Konfigurationsfaktor (m), eine von der Meßanordnung abhängige Konstante, für die Erfahrungswerte vorliegen. Der Konfigurationsfaktor k liegt in der Praxis zwischen etwa 10 und 000 m.

Das bekannte Verfahren bedingt einen erheblichen Rechenaufwand, weil stets die Meßwerte für Strom und Spannung zueinander in Beziehung gesetzt werden müssen. Will man diesen Nachteil vermeiden, so muß der Strom über längere Zeiten konstant gehalten werden, was einen entsprechenden Aufwand, nämlich eine sehr stabil arbeitende konstante Stromquelle bedingt

Aus der AT-PS 2 28 331 ist bereits ein automatisch rechnender Kompensator für geologische Messungen zur Bestimmung des scheinbaren spezifischen Widerstandes des Untergrundes bekannt, bei dem der in den Untergrund eingeleitete Strom und die von ihm erzeugte Spannung zwischen den Meßsonden mittels eines in den Speisestromkreis geschalteten, eine zu kompensierende Spannung erzeugenden konstanten Widerstandes und zweier Kompensationswiderstände zur Erzeugung der zu kompensierenden Spannungen sowie mittels zweier Galvanometer ermittelt werden. Bei entsprechender Wahl des Widerstandswertes des in den Speisestromkreis geschalteten Widerstandes läßt .-■eh der scheinbare spezifische Widerstand des Untergrundes vom Kompensationswiderstand unmittelbar ablesen. Es ist jedoch notwendig, nach Einschalten des Stromes abzuwarten, bis die Spannung an den Meßsonden ihren Endwert erreicht hat Die Messung selbst nimmt verhältnismäßig lange Zeit in Anspruch, da die an den Meßsonden abgegriffene Spannung vor der Ablesung kompensiert werden muß. Ferner sind an die Konstanz des in den Erdboden eingeleiteten Stromes hohe Forderungen zu stellen, so daß eine sehr genau arbeitende Konstantstromquelle erforderlich ist Tritt infolge überlagerter Störungen ein Driftfehler ein, so muß die Messung wiederholt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des scheinbaren spezifischen Widerstandes des Untergrundes anzugeben, mit denen bei möglichst geringem Zeitaufwand und ohne eine konstant arbeitende Stromquelle eine genaue direkte Ablesung des scheinbaren spezifischen Widerstandes des Untergrundes möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Zeitintegral über die gemessene Spannung zwischen zwei Zeitpunkten gebildet wird, deren zeitlicher Abstand so gewäHt ist, „'aß der Betrag des Integrals über den Strom zwischen den beiden Zeitpunkten gleich dem Faktor k ist.

Da erfindungsgemäß so lange über die gemessene Spannung integriert wird, bis der Betrag des Integrals über den Strom gleich dem Konfigurationsfaktor k ist. kann nicht nur der scheinbare spezifische Widerstand des Untergrundes ohne Messung des Stroms direkt am Spannungsmeßgerät abgelesen werden, sondern spielt auch die Konstanz des Meßstromes für die Genauigkeit der Auswertung keine Rolle, weil nicht Spannung und Strom sondern deren Zeitintegrale zueinander in Beziehung gesetzt werden, die einander streng proportional sind, so daß Schwankungen das Meßergebnis nicht beeinflussen.

Weiterhin werden beim erfindungsgemäßen Verfahren Genauigkeit und Einfachheit und damit Schnelligkeit der Durchführung der Messung dadurch erhöht, daß nicht bei jeder Messung abgewartet werden muß, bis nach dem Einschalten der volle Strom erreicht ist.

Zum Ausgleich von Driftfehlern infolge überlagerter Störspannungen wird vorzugsweise der Gleichstrom zwischen den beiden Zeitpunkten kommutiert, wobei zweckmäßigerweise der Betrag der Halbperiode τ der Kommutierung gleich \k/nl\ gewählt wird, wobei η gleich der Anzahl der Kommutierungen des Gleichstroms samt Ein- und Ausschaltung ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist also auf einfachem Wege mit hoher Genauigkeit durchführbar,

und es ermöglicht die Anwendung einfacher Schaltungsteile. So genügt als Stromquelle eine einfache Zerhackerschaltung, gespeist aus einem Akkumulator, der, da nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Stromzufuhr bei Beendigung des Meßvorganges automatisch abgeschaltet werden kann, eine verhältnismäßig geringe Kapazität haben kann.

Eine besonders einfache und zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch je einen an die ι ο Stromelektroden und die Meßsonden angeschlossenen Strom- bzw. Spannungs-Frequenzwandler, durch einen an den Strom-Frequenzwandler angeschlossenen voreinstellbaren Digitalzähler, und durch einen an den Spannungs-Frequenzwand'.tr angeschlossenen, mit HiI-fe des voreinstellbaren Zählers steuerbaren Digitalzähler.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert, fcs zeigt

Fig. 1 (bereits erwähnt) eine schematische Meßan-Ordnung,

F ι g. 2 im Diagramm den Stromverlauf bei Kommutierung,

F i g. 3 den Spannungsverlauf bei Kommutierung und überlagerter Störspannung, und

F i g. 4 das schematische Schaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

F i g. 1 zeigt eine Meßanordnung, mit der sowohl das bekannte als auch das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden können. An den Stromelektroden AB wird ein Gleichstrom in den Erdboden geschickt; die zwischen den zwei Meßsonden M und N abfallende Spannung wird gemessen. Aus beiden Meßwerten wird unter Zuhilfenahme des Konfigurationsfaktors k der scheinbare spezifische Widerstand q_s des Uniergrundes ermittelt bzw. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren automatisch festgestellt.

Wird während der erfindungsgemäßen Messung ein kommutierter Gleichstrom gemäß Fig.2 in den Untergrund geschickt, so läßt sich an den Meßsonden M w und N eine zum Strom proportionale, ebenfalls kommutierte Gleichspannung abgreifen. Ist dieser eine konstante oder driftende Störspannung Ustör gemäß F i g. 3 überlagert, so ergibt sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der richtige scheinbare spezifische Widerstand ρ, des Untergrundes bei Auswertung nach dem erfindangsgemäßen Verfahren aus folgender Überlegung:

Fi + F₂ + Fi+F₄ = 4 U_s,g ■ τ -₍₎

Darin sind Fi, F₂. o, F* die während jeder Halbperiode zwischen den einzelnen Rechtecken und der Absziss; eingeschlossenen Flächen gemäß Fig.4 und Us,ga\e Signalspannung.

Mit τ = ki'nl(n=Anzahl der Umschaltungen während der Messung einschließlich Ein- und Ausschaltung), im vorliegenden Falle gleich 4. ergibt sich

F_x + F₂ + F₃ + F₄ = k ■ Us,g/1 oder
Fi+ F₂+F₃+ F₄ = p.s.

Damit lassen sich die durch eine überlagerte Störspannung bedingten Fehler unterdrücken.

F i g. 4 zeigt eine bevorzugte Schaltung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Sie enthält eine Steuerschaltung 1 mit einem Starteingang, zwei Startausgängen, einem Stoppeingang, einem Stoppausgang und einem Steuerausgang. An den einen Startausgang und an den Stoppausgang ist eine verstellbare Stromquelle 2 angeschlossen, deren Ausgänge einerseits an eine Stromelektrode A und andererseits an einen Eingang eines Spannungs-Frequenzwandlers 3 angeschlossen sind. Eine weitere Stromelektrode B ist an den zweiten Eingang des Spannungs-Frequenzwandlers 3 angeschlossen. Die Eingänge des Spannungs-Frequenzwandlers 3 sind von einem Shunt-Widerstand Rst, überbrückt Der Shunt-Widerstand Rs/, und der Spannungs-Frequenzwandler 3 wirken zusammen als Strom-Frequenzwandler. An den Spannungs-Frequenzwandler 3 ist wiederum ein voreinstellbarer Zähler 4 angeschlossen.

An die Spannungsmeßsonden M und N sind hintereinander ein Verstärker 5, ein C -jichrichter 6, ein Spannungs-Frequenzwandler 7, ein Auf Ab-Zähler 8 und eine Ziffernanzeige 9 angeschlossen. Vom Gleichrichter 6 führt eine Steuerleitung über einen Schalter 11 zum Steuereingang des Zählers 8. Der Schalter 11 wird über eine Leitung von der Steuerschaltung 1 gesteuert.

Der Start-Ausgang der Steuerschaltung 1 ist über eine Verzögerungsschaltung 10 an die Starteingänge der Zähler 4 und 8 angeschlossen. Ein Ausgang des Zählers 4 ist mit einem Steuereingang des Zählers 8 verbunden.

Die Schaltung der Fig.4 arbeitet folgendermaßen: Nach Einsetzen der Stromelektroden A und B und der Meßsonden Mund Nin den Erdboden und Anschluß des Geräts wird auf die Steuerschaltung 1 ein Startbefehl gegeben. Die Steuerschaltung 1 schaltet ihrerseits die Stromquelle 2 ein und gibt über die Verzögerungsschaltung 10 den Einschaltbefehl an die Zähler 4 und 8. Diese beginnen nach Ablauf der Verzögerungszeit eine in ihrer Frequenz dem zwischen den Stromelektroden A und B fließenden Strom bzw. der zwischen den Meßsonden M und /V abgegriffenen Spannung entsprechende Impulsfolge auszuzählen. Ist am Zähler 4 der zuvor eingestellte Wert des Konfigurationsfaktors k erreicht, so gibt der Zähler 4 an den Zähler 8 ein Stoppsignal ab. Der scheinbare spezifische Widerstand Qs des Untergrundes kann dann direkt an der Ziffernanzeige 9 abgelesen werden, sofern kein Gleichspannungs-Störsignal überlagert ist.

Wird (zur Unterdrückung eines Gleichspannungs-Störsignals) bei entsprechender Ausbildung der Stromquelle 2 mit kommutiertem Gleichstrom gearbeitet, se kann mit Hilfe des gtsteuerten Schalters 11. des Stejerauigangs des Gleichrichters 6 und des Steuereingangs des Zählers 8 dieser so gesteuert werden, daf*· er während der zugehörigen Halbperioden addiert bzw. substrahiert.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Messung des scheinbaren spezifischen Widerstandes

k = Konfigurationsfaktor)

des Untergrundes, bei dem ein Gleichstrom (Ub) mittels zweier Stromelektroden (A, B) in den Boden eingeleitet und an zwei Meßsonden (M, N) die Spannung (Vmn) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintegral über die gemessene Spannung UV_MNdt) zwischen zwei is Zeitpunkten gebildet wird, deren zeitlicher Abstand so gewählt ist, daß das Integral über den Strom (IUb dfjgleich dem Konfigurationsfaktor (k) ist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrom (Ub) zwischeh den beiden Zeitpunkten kommutiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag der Halbperiode (r) der Kommutierung gleich \k/nl\ gewählt wird, wobei π gleich der Anzahl der Kommutierungen des Gleichstroms (X^samt Ein- und Ausschaltung ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen an die Stromelektroden (A, ßj angeschlossenen Strom-Frequenzwandler (Rsh. 3) und durch einen an die Meßsonden (M, N) angeschlossenen Spannungs-Frequenzwandler (7) durch einen an den Strom-Fre- < quenzwandler (Rsh, 3) angeschlossenen voreinstellbaren Digitalzähler (4), und durch einen an den Spannungs-Frequenzwandler (7) angeschlossenen, mit Hilfe des voreinstellbaren Zahlers (4) steuerbaren Digitalzähler (8).